Мілководне озеро може розповісти про те, як зародилося життя на Землі

Вчені виявили озеро, яке може бути гарною парою для «теплих маленьких озер» Дарвіна, де зародилося життя на первісній Землі.  Команда вчених з Університету Вашингтона зробила відкриття, знайшовши неглибоке «содове озеро» на заході Канади, яке, здається, має хімічний склад і умови, необхідні невеликій водоймі для сприяння спонтанному синтезу складних молекул, які призвели до виникнення життя на Землі близько 4 мільярдів років тому. 

Содові озера, подібні тому, на якому зосереджено це дослідження, є невеликими водоймами, що містять високий рівень розчинених карбонатів і натрію, схоже на те, що в них скидається велика кількість харчової соди. Однак у цьому випадку високі рівні розчиненого натрію та карбонату викликані реакцією між водою та вулканічними породами.  Висновки можуть допомогти розв’язувати давню проблему пояснення того, як виникло життя на Землі, а також можуть бути застосовані до інших планет Сонячної системи, таких як Марс і Венера. 

Починаючи з 1950-х років, дослідникам вдалося отримати біологічні молекули, такі як амінокислоти та будівельні блоки РНК, із неорганічних молекул, але існує давня проблема з наступним кроком цього процесу. РНК і ДНК, ключові молекули життя, а також мембрани живих клітин потребують основи з природних молекул елемента фосфору, відомих як фосфати.

Концентрації фосфатів, необхідні для формування біомолекул в лабораторії, в 1 мільйон разів перевищують рівні, які зазвичай містяться в річках, озерах або океанах. Це стало відомо як «фосфатна проблема» в теоріях виникнення життя на Землі, і це нове дослідження показує, що содові озера можуть бути вирішенням.

«Я думаю, що ці содові озера дають відповідь на проблему фосфатів», — сказав у своїй заяві старший автор дослідження та професор наук про Землю та космос Університету Вашингтона Девід Кетлінг. «Наша відповідь вселяє надію: таке середовище має виникнути на ранній Землі та, ймовірно, на інших планетах, тому що це просто природний результат того, як створені планетарні поверхні та як працює хімія води».

Чому содові озера є потенційними колисками для життя

Окрім високих рівнів розчинених карбонатів і натрію, содові озера також містять велику кількість фосфатів. Дослідження 2019 року показало, що концентрація цих молекул у цих невеликих водоймах може бути в 1 мільйон разів більшою, ніж у типових водоймах. води. Це означає, що содові озера можуть бути ідеальними місцями для появи ключових молекул життя.

Щоб перевірити це, Університет Вашингтона почав досліджувати саме таке содове озеро, зупинившись на озері Last Chance Lake, каламутному озері глибиною 1 фут (30 см), знайденому в кінці ґрунтової дороги на плато Карібу в Британській Колумбії. , Канада. У цьому содовому озері було встановлено найвищий відомий рівень фосфатів у 1990-х роках.

Озеро «Останній шанс» має не тільки вулканічну базальтову породу на дні, але й сухий, вітряний клімат, який підтримує низький рівень води, а розчинені сполуки концентруються завдяки швидкому випаровуванню води, що надходить.  Науковці, які стоять за цим новим дослідженням, відвідували озеро тричі між 2021 і 2022 роками, як влітку, так і коли воно замерзло взимку.

«У вас є ця, здавалося б, суха солончакова площа, але є закутки та щілини. А між сіллю та осадом є невеликі кишені води з високим вмістом розчиненого фосфату», — сказав член команди та докторант Університету Вашингтона Себастьян Хаас. . «Ми хотіли зрозуміти, чому і коли це могло статися на стародавній Землі, щоб створити колиску для зародження життя».

Дослідивши зразки води, озерних відкладень і соляної кірки, знайдені в озері Останній шанс, щоб зрозуміти хімічний склад озера, команда виявила, що кальцій поєднався з великою кількістю карбонату та магнію, щоб утворити доломіт. 

Це відрізняється від ситуації в інших озерах, де фосфат зазвичай зв’язується з кальцієм, утворюючи фосфат кальцію, який утворює емаль наших зубів і є нерозчинним, виснажуючи рівень фосфатів.

Внаслідок того, що кальцій утримується в доломіті в озері Останній шанс, залишається багато залишків вільних фосфатів; якби ці умови були знайдені у водоймах близько 4 мільярдів років тому, це дозволило б існувати ключовим інгредієнтам для походження хімії життя в необхідних високих концентраціях. 

Команда не тільки виявила, що Озеро Останнього Шансу свідчить про те, що содові озера є сильними кандидатами на місця, де могло зародитися життя на Землі, але вони очікують, що умови цих озер будуть загальними для інших тіл Сонячної системи та для всіх планет за межами Сонячної системи, позасонячні планети, або екзопланети.

«Ми вивчали природне середовище, яке має бути загальним для всієї Сонячної системи», — сказав Хаас. «Вулканічні породи переважають на поверхнях планет, тому такий самий хімічний склад води міг мати місце не лише на ранній Землі, але й на ранньому Марсі та ранній Венері, якби була рідка вода».

«Ці нові знахідки допоможуть поінформувати дослідників походження життя, які або відтворюють ці реакції в лабораторії, або шукають потенційно придатні для життя середовища на інших планетах», — підсумував Катлінг.